ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII

POWIERZCHNI

PAWEŁ URBAŃCZYK

Streszczenie: W artykule przedstawiono zalety stosowania powłok technicznych.

Zdefiniowano pojęcie powłoki oraz przedstawiono jej budowę. Pokazano różnicę

pomiędzy warstwą wierzchnią metalu a powłoką.

Słowa kluczowe: warstwa powierzchniowa, warstwa wierzchnia, powłoka, podłoże,

powłoka jednowarstwowa, powłoka wielowarstwowa.

1. Wstęp.

Dyscypliną naukowo - techniczną mającą na celu wytwarzanie, konstruowanie,

badanie i eksploatacyjne wykorzystanie warstw powierzchniowych (warstw

wierzchnich i powłok) o lepszych niż podłoże właściwościach jest inżynieria

powierzchni.

Na rysunku 1 przedstawiona została schematycznie warstwa wierzchnia

i powłoka, stanowiące wspólnie warstwę powierzchniową.

Rys. 1. Schematyczne przedstawienie warstw powierzchniowych

Źródło: [3]

Dzięki odpowiednio dobranej i wykonanej warstwie powierzchniowej

uzyskuje się [1, 2]:



możliwość wykonywania narzędzi, części maszyn i urządzeń z materiałów

o niższych właściwościach użytkowych, zwykle tańszych i nadawania

lepszych właściwości eksploatacyjnych ich powierzchni, co prowadzi

do zmniejszenia ich masy i nakładów energetycznych na jej wytworzenie

przy tych samych właściwościach wytrzymałościowych i zwykle lepszych

właściwościach tribologicznych i dekoracyjnych;



zwiększenie niezawodności pracy narzędzi, części maszyn i urządzeń

oraz zmniejszenie ich awaryjności;



zmniejszenie strat energii na pokonywanie oporów tarcia w wyniku

zmniejszenia masy poruszających się części maszyn i urządzeń

oraz na skutek poprawy właściwości tribologicznych powierzchni trących;



zmniejszenie częstotliwości wymiany zużytych narzędzi i części maszyn

oraz częstotliwości przeprowadzania remontów;



zmniejszenie strat korozyjnych, co ma bardzo istotne znaczenie

ekonomiczne;



zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska naturalnego, zwłaszcza w wyniku

zmniejszenia zużycia energii przez uciążliwe gałęzie przemysłu oraz małej

energochłonności technik inżynierii powierzchni, a także małej ilości

wytwarzanych przez nie odpadów, ścieków, dymów, pyłów i gazów

przemysłowych.

2. Pojęcie powłoki.

W literaturze można spotkać wiele prób zdefiniowania pojęcia powłoki. Brak

jest natomiast jednoznacznej, ogólnej definicji. Wprowadzenie ogólnego pojęcia

powłoki zaproponowali Burakowski T., Wierzchoń T., które brzmi następująco [3]:

„Powłoka (pokrycie) – warstwa materiału wytworzona w sposób naturalny

lub sztuczny albo nałożona sztucznie na powierzchnię przedmiotu wykonanego

z innego materiału, w celu uzyskania określonych właściwości technicznych

lub dekoracyjnych”.

Podłoże, czyli pokrywany powłoką przedmiot, a ściślej jego warstwa

wierzchnia stanowi jedną fazę układu. Drugą fazę stanowi powłoka. Między

powłoką a podłożem istnieje granica międzyfazowa w postaci warstwy o pewnej

objętości, o właściwościach pośrednich, zwykle ułatwiająca przyczepność powłoki

do podłoża. Dla niektórych powłok warstwa ta nosi nazwę warstwy przejściowej [3].

W niektórych przypadkach trudne jest rozgraniczenie powłoki i warstwy

wierzchniej, np. jeśli chodzi o przyrostowe warstwy dyfuzyjne [3].

3. Budowa powłoki.

Powłoka najczęściej posiada budowę warstwową. Z uwagi na dużą

różnorodność materiałową i technologiczną wynikającą z różnego przeznaczenia

powłok, praktycznie nie można opracować uniwersalnego modelu budowy powłoki.

Uproszczony, ogólny model budowy powłoki został przedstawiony na rysunku 2.

Rys. 2. Schemat budowy powłoki: 1 – jednowarstwowej, 2 – wielowarstwowej

Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3, 4]

Powłoka jednowarstwowa składa się z jednej warstwy materiału, jedno-

lub wieloskładnikowej, nałożonej na odpowiednio przygotowane podłoże w jednym

procesie technologicznym [4].

Podłoże

Warstwa przejściowa

Warstwa powłoki

Podłoże

Warstwa podkładowa

Warstwa powłoki

Międzywarstwa

Warstwa powłoki

Warstwa powłoki

Podwarstwa

1

2

Powłoka wielowarstwowa składa się z dwóch lub więcej warstw materiałów,

przy czym mogą to być warstwy tego samego materiału rozdzielone podwarstwą,

bądź różnych materiałów i wtedy może, ale nie musi, być stosowana podwarstwa [3].

Pomiędzy powierzchniami wewnętrznymi warstw powłoki wielowarstwowej tworzą

się zwykle warstwy przejściowe [4].

Odmianami powłok wielowarstwowych są:



powłoka wielokrotna - składająca się z dwóch lub więcej warstw tego samego

materiału nakładanego w ośrodkach technologicznych o nieznacznie

różniących się właściwościach fizykochemicznych;



powłoka przekładana – złożona z kilku warstw różnych materiałów,

przy czym

przynajmniej

jedna

z

nich

występuje

dwukrotnie

i nie bezpośrednio po sobie [5].

4. Podsumowanie.

Powłoki techniczne są stosowane głównie do poprawy właściwości

tribologicznych, antykorozyjnych oraz do celów regeneracyjnych. Cienkie i bardzo

twarde powłoki stosuje się w celu poprawy trwałości eksploatacyjnej narzędzi

skrawających oraz części maszyn. Zastosowanie nowoczesnych technik wytwarzania

powłok, pozwala znacząco obniżyć koszty produkowanych części maszyn

przy jednoczesnym wzroście ich trwałości. Pozwala to na prognozowanie dalszego

rozwoju inżynierii powierzchni zmierzającego w kierunku uszlachetniania

powierzchni z wykorzystaniem powłok technicznych.

MEANING OF COATING IN SURFACE ENGINEERING

Abstract: In the paper is presented advantages of using technical coating. Concept

of coating is defined and its structure is presented. Difference between surface layer

of the metal and coating are presented.

Bibliografia

[1] Burakowski T.: Inżynieria powierzchni wczoraj, dziś i jutro. Inżynieria

Powierzchni nr 1, 1996, s. 3 – 10.

[2] Młynarczak A., Jakubowski J.: Obróbka powierzchniowa i powłoki ochronne.

Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1998.

[3] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali – podstawy,

urządzenia, technologie. WNT, Warszawa 1995.

[4] Łaskawiec J.: Inżynieria Powierzchni. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,

Gliwice 1997.

[5] PN-74/H–04680: Ochrona przed korozją. Ochrona czasowa metali. Nazwy

i określenia.